Risposta Emodinamica all'Esercizio Aerobico

Risposta Emodinamica all'Esercizio Aerobico
Ultima modifica 21.01.2020
INDICE
  1. Introduzione
  2. Perché Allenarsi
  3. Valutazione Iniziale
  4. Frequenza Cardiaca
  5. Volume di Colpo – Stroke Volume – Gittata Sistolica
  6. Output Cardiaco
  7. Differenza Artero-Venosa di O2
  8. Pressione Arteriosa
  9. Rate-Pressure Product
  10. Stress di Parete

Introduzione

La prescrizione di esercizio fisico, in termini quantitativi e qualitativi, è strettamente legata alle condizioni psicofisiche soggettive.

Risposta Emodinamica all'Esercizio Aerobico Shutterstock

Di conseguenza, un programma di condizionamento può definirsi "adeguato" se rispondente alle reali necessità della persona per la quale viene concepito.

Ciò non toglie che l'esercizio svolto in regime aerobico venga consigliato più o meno in tutte le palestre, centri fitness e/o di recupero funzionale, o laboratori di fisiologia.

Obiettivamente, tale suggerimento dovrebbe risultare più "ponderato" di quanto, all'apparenza, si possa immaginare.

In questo articolo cercheremo di chiarire meglio i meccanismi emodinamici legati all'esercizio aerobico, quali processi-chiave della risposta adattativa e dei conseguenti benefici che questo tipo di allenamento conferisce nel lungo termine.

Perché Allenarsi

Obbiettivo dell’allenamento aerobico

Il principale obiettivo dell'allenamento cardiorespiratorio è di migliorare i parametri emodinamici e cardiorespiratori, con un occhio di riguardo alla salvaguardia articolare.

La prescrizione sportiva o di esercizio può risultare assai differente tra un soggetto sano o malato, a seconda della patologia riscontrata. In ogni caso, i processi emodinamici e cardiorespiratori sono identici.

È ormai risaputo che l'inattività è uno dei fattori di rischio principali all'instaurazione delle malattie cardiovascolari: regolari esercizi aerobici sono associati ad una maggiore tolleranza alla fatica ed al miglioramento delle condizioni di vita giornaliere, nonché ad un miglioramento della composizione corporea. Tutti questi cambiamenti sono provocati da una migliore risposta centrale o cardiaca all'esercizio.

Valutazione Iniziale

Primo approccio di un sedentario

In una persona che si approccia all'allenamento cardiorespiratorio, i principali parametri da valutare – dando per scontata una buona conoscenza anatomo-fisiologica dell'apparato cardiovascolare – per un condizionamento emodinamico all'esercizio aerobico sono:

  • Frequenza cardiaca;
  • Volume di colpo;
  • Output cardiaco;
  • Differenza Artero-Venosa di O2;
  • Pressione sanguigna e flusso ematico;
  • Rate-Pressure;
  • Product Stress di parete;
  • VO2 max.

Frequenza Cardiaca

Cos’è la frequenza cardiaca e perché è importante

L'attività contrattile cardiaca si ripete numerose volte nell'unità di tempo di un minuto, e si divide in 2 fasi ben distinte: la sistole o fase contrattile, e la diastole o fase di rilascio. Entrambe costituiscono il cosiddetto ciclo cardiaco.

Il numero di cicli, nell'unità di tempo, prende il nome di Frequenza Cardiaca (FC) o Heart Rate (HR) e si esprime in battiti al minuto (bpm).

L'HR contribuisce all'incremento del lavoro cardiaco durante l'esercizio acuto.

L'esercizio fisico svolto con regolarità induce una riduzione nella domanda di O2 al miocardio sia a riposo che durante l'esercizio, ed induce anche una riduzione nella HR a riposo di circa 10 bpm, causata presumibilmente da un condizionamento del Sistema Nervoso Autonomo (SNA).

Tuttavia, in soggetti non allenati, l'HR gioca un importante ruolo nell'incremento del lavoro cardiaco durante l'esercizio graduale.

Inoltre, la massima frequenza cardiaca (FCmax) rimane invariata o cala leggermente – da 3 a 10 bpm – dopo il condizionamento aerobico prolungato; quest'ultima modifica è probabilmente attribuibile a due fattori adattativi: una ipertrofia cardiaca eccentrica causata dall'aumento dello spessore della cavità ventricolare e il decremento dell'attività Simpatica.

Volume di Colpo – Stroke Volume – Gittata Sistolica

Cos’è il volume di colpo e perché è importante

Il secondo fattore abitualmente utilizzato per determinare l'output cardiaco è il volume di colpo o Stroke Volume (SV), che incrementa durante l'esercizio secondariamente all'incremento del ritorno venoso (meccanismo di Frank-Starling) e all'incremento dello stato contrattile (presumibilmente dovuto ad influenze neuro-ormonali).

L'esercizio aerobico eseguito con regolarità provoca una ipertrofia eccentrica cardiaca, in cui le pareti del cuore – soprattutto del ventricolo sinistro – aumentano di spessore e si allontanano dall'ideale centro geometrico della camera cardiaca, a causa dell'incremento del suo raggio, normalmente < 56 mm.

Ad esempio, il diametro in "End-Diastol" (fine-diastolico) del ventricolo sinistro in un soggetto allenato può arrivare a misurare 55 mm, mentre nel soggetto inattivo può anche essere inferiore a 45 mm.

Nel soggetto condizionato la frazione di eiezione – percentuale di sangue effettivamente pompata in circolo, collocabile intorno al 70% – è maggiore rispetto al sedentario, portando ad una diminuzione della FC – dato che la domanda di O2 al miocardio decresce nell'esercizio sub-massimale.

Tuttavia, l'incremento del volume di colpo causato da un allenamento cronico permette agli individui predisposti di esercitarsi ad una simile frequenza di lavoro assoluto ma con una minore FC, riducendo la domanda di O2 al miocardio nell'esercizio sub-massimale.

Inoltre è da notare che l'aumento della frazione di eiezione incrementa comunque relativamente poco, approssimativamente del 5-10% durante un esercizio massimale.

Output Cardiaco

Cos’è l’output cardiaco e perché è importante

Il massimo lavoro cardiaco è significativamente maggiore in individui allenati che nei non allenati, primariamente in virtù dell'abilità del cuore di incrementare il volume di colpo.

È stato dimostrato che in atleti aerobici d'élite il lavoro cardiaco può arrivare fino a 40L/min, contro i 27-28 L/min di un soggetto parzialmente condizionato o decondizionato.

La stretta interdipendenza tra i parametri cardiaci analizzati sopra e di VO2 max fa sì che un incremento dei primi includa anche l'incremento dell'altro.

Differenza Artero-Venosa di O2

Cos’è la Differenza Artero-Venosa di O2 e perchè è importante

Un importante contributo all'incremento della VO2 max è fornito dalla differenza artero-venosa di O2 durante l'esercizio.

La differenza tra il contenuto in O2 di sangue arterioso e venoso riflette l'abilità del muscolo scheletrico di estrarre ed utilizzare O2.

L'allenamento cronico di tipo aerobico induce una iperplasia mitocondriale e la capillarizzazione per ogni fibra muscolare ed unità motoria, dunque ciò porta ad una accresciuta abilità di estrazione e di uso dell'O2 circolante nel torrente ematico.

Ragionando in termini di fitness cardiorespiratorio, le ricerche confermano che A-V O2 diff è simile in soggetti allenati e non allenati a livelli sub-massimali di esercizio, generalmente < 70% FC o 56% VO2 max, mentre, a percentuali maggiori, A-V O2 diff risulta essere maggiore nei soggetti allenati (155ml/L) piuttosto che in quelli decondizionati (135ml/L).

Pressione Arteriosa

Cos’è la pressione arteriosa e perchè è importante

Essendo l'apparato cardiovascolare un sistema chiuso, le variazioni del volume si ripercuotono sulla pressione esistente all'interno del sistema stesso. Un aumento del volume circolante tenderà quindi ad elevare la pressione arteriosa e viceversa.

La forza della quale il flusso necessita per aprirsi la strada all'interno delle arterie è esprimibile in termini di pressione, la stessa che gli viene impressa dalla contrazione cardiaca e che, come visto, dipende anche dal volume di sangue contenuto all'interno del sistema vascolare.

Comunque, oltre al volume circolante, anche le resistenze periferiche sono fondamentali nel determinare i livelli di pressione arteriosa.

Di fatto, la pressione arteriosa può essere espressa come segue:

  • BP mean ≈ CO x Ts Pr

dove:

  • BP mean = mean arterial blood pressure (pressione media del sangue arterioso) CO = cardiac output (lavoro cardiaco)
  • TsPr = Total systemic Peripheral resistance (resistenza sistemica-totale periferica).

Durante l'esercizio, la pressione sistolica incrementa in maniera quasi lineare al lavoro cardiaco e al VO2, e contemporaneamente si verificano vasocostrizioni in determinate aree del corpo (es. aree splancniche) e vasodilatazioni in altre (es. muscolo scheletrico e miocardio).

Il controllo primario della pressione sanguigna è regolato dagli aggiustamenti di TsPr, accompagnati da meccanismi neurali nelle arterie periferiche, dal rilascio di sostanze "locali" chiamate endothelial-derived relaxing factors, e da modificazioni nella chimica locale (temperatura e idrogenioni, adenosina e concentrazione degli ioni potassio).

In riferimento alla relazione tra output cardiaco e TsPr, dagli studi effettuati si evince che questa è inversamente proporzionale, ciò dunque spiega il perché la pressione sistolica cresca durante un esercizio progressivo in individui apparentemente sani a causa dell'aumentata magnitudo nell'output cardiaco, che cresce al diminuire della TsPr e viceversa.

Inoltre, focalizzandoci sul lavoro sub-massimale in steady-state, notiamo che individui condizionati dimostrano variazioni nei valori della pressione sistolica sostanzialmente simili agli individui non allenati.

Relativamente alla VO2 max, la pressione sistolica è più bassa negli allenati che nei decondizionati, e, in individui con ipertensione di primo grado, il regolare esercizio aerobico abbassa la pressione sistolica e la pressione diastolica da 6,0 ad 8,0 mmHG a riposo.

Rate-Pressure Product

Cos’è il rate-pressure product e perchè è importante

A riposo, il cuore consuma circa il 70% di O2 portato nel flusso sanguigno dalle arterie coronarie, che ammonta a circa il triplo di quello consumato dal muscolo scheletrico a riposo.

Come risultato, il cuore risponde aumentando il flusso sanguigno. Infatti, durante l'esercizio fisico, il flusso sanguigno coronarico può incrementare da 250 ml/min a 1000 ml/min, dunque 4 volte lo stato a riposo.

I principali fattori che influenzano la domanda e il consumo di O2 nel miocardio sono la frequenza cardiaca, lo spessore del ventricolo sinistro e la sua pre-contrazione, e la contrattilità del miocardio.

Tuttavia, eccetto per la frequenza cardiaca, è molto difficile calcolare gli altri due parametri nella maggior parte dei laboratori di fisiologia dell'esercizio.

Quindi, partendo da questa difficoltà logistica, molti ricercatori negli ultimi anni hanno cercato di ovviare a questo ostacolo, dimostrando scientificamente che il prodotto tra frequenza cardiaca e pressione sistolica è un indice molto specifico per la stima della domanda di O2 al miocardio.

Questo indice è chiamato Rate-Pressure Product (RPP).

Dunque:

  • Rate-Pressure Product = FC x Pressione Sistolica

Fisiologicamente, durante l'esercizio, il RPP incrementa in maniera direttamente proporzionale all'aumento di HR ed alla pressione sistolica.

Anche dopo molti allenamenti in aerobiosi, il RPP incrementa leggermente; tuttavia, la magnitudo dell'incremento è meno paragonabile con i valori pre-training; tale incremento è attribuibile ad adattamenti cronici nella frequenza cardiaca e nella pressione sistolica.

Una normale risposta all'esercizio risulta in un RPP di 25.000 o più alto.

L'importanza nell'applicazione di questo indice di stima aumenta in maniera esponenziale per i soggetti portatori di patologie cardiovascolari (CAD, angina, stenosi coronarica, arteriopatie periferiche ecc.), in quanto risulta essere di facile applicazione e di altissima precisione.

Stress di Parete

Cos’è lo stress di parete e perchè è importante

Lo stress di parete espresso dalla seguente formula matematica:

  • T = P x r / S

dove:

  • P = Pressione arteriosa
  • r = raggio della camera cardiaca
  • S = Spessore della parete muscolare.

Lo stress di parete, in particolare riferito al ventricolo sinistro, è direttamente proporzionale alla pressione arteriosa ed al volume di sangue contenuto, mentre è inversamente proporzionale allo spessore della parete muscolare.

Più semplicemente, durante la sistole, l'impegno muscolare della parete ventricolare aumenta con l'aumentare della pressione nell'albero arterioso (diramazione aortica) e con l'aumentare della quantità di sangue contenuta nel ventricolo, mentre diminuisce con l'aumentare, entro certi limiti, dello spessore della parete muscolare miocardica.

Da tenere a mente è che, con l'incremento dello stress di parete si ha un aumento del consumo di O2 da parte del cuore.

In definitiva, quindi, la conoscenza della anatomo-fisiologia del sistema cardiovascolare si rende indispensabile per una corretta programmazione e prescrizione di fitness cardiorespiratorio.